اندازه دانه فریت در ورق استیل

اندازه دانه فریت در ورق استیل

• بازدید:297
• کامنت:0
• سه شنبه, 25 اردیبهشت 1403

مقدمه:

به عنوان دو نوع پرمصرف ورق استیل، ورق استیل فریتی و ورق استیل آستنیتی دارای تفاوت های قابل توجهی در خواص فیزیکی و مکانیکی هستند. هدایت حرارتی ورق استیل فریتی 130 تا 150 درصد از ورق استیل آستنیتی بیشتر و ضریب انبساط حرارتی آن 60 تا 70 درصد از ورق استیل آستنیتی کمتر است. بنابراین، برای تبادل حرارت و محیط‌های چرخه حرارتی، مانند منیفولدهای اگزوز خودرو، قاب‌های سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) و برخی از خطوط لوله ویژه انتقال گاز-مایع مناسب است. در مقایسه با ورق استیل آستنیتی، ورق استیل فریتی استحکام کمتری در دمای بالا دارد و دامنه کاربرد آن نیز تا حدی محدود است. بنابراین، چگونگی استفاده از تقویت‌کننده رسوبی یا تقویت‌کننده محلول جامد برای بهبود خواص مکانیکی آن در دمای بالا، همیشه یک موضوع کلیدی بوده است که بسیار مورد توجه بوده و باید به آن پرداخته شود. ما می دانیم که تعداد زیادی رسوب مختلف مانند فاز Laves، فاز σ و فاز χ در ورق استیل فریتی در طول سرویس طولانی مدت در محیط های با دمای بالا رسوب می کنند. در میان آنها، فاز Laves یک رسوب شش ضلعی بسته بندی شده نزدیک با پایداری حرارتی بالا است. ارتقاء موتور و استفاده گسترده از توربوشارژ باعث بهبود راندمان احتراق بنزین می شود. احتراق کامل بنزین به ناچار باعث افزایش دمای اگزوز خودروها می شود. در آینده، دمای سرویس انتهای داغ سیستم اگزوز خودرو از 1000 درجه سانتیگراد تجاوز خواهد کرد. با کنترل رفتار رسوب در دمای بالا یا با استفاده موثر از تقویت رسوبی در دمای بالا، ممکن است بتوان راهی برای استفاده از ورق استیل فریتی در دماهای بالاتر پیدا کرد.

بهبود عملکرد ورق استیل فریتی:

به منظور دستیابی به هدف فوق در بهبود عملکرد ورق استیل فریتی در محیط های با دمای بالا، بسیاری از محققان مطالعات و تلاش های بسیاری را از طریق آلیاژسازی و روش های دیگر انجام داده اند. فوجیتا و همکاران عملکرد ورق استیل فریتی نوع 19Cr در دمای بالا را با افزودن عنصر Nb و رسوب مقدار زیادی از فاز Laves در دمای 900 درجه سانتی گراد بهبود بخشید. با این حال، در طول استفاده طولانی مدت در دمای 900 درجه سانتیگراد، رسوبات غنی از Nb به شدت درشت می شوند و منجر به کاهش تدریجی استحکام ورق استیل فریتی در دمای بالا می شوند. علاوه بر این، عنصر Nb در فولاد به راحتی با عناصری مانند C و N ترکیب می شود تا کربونیتریدهای با اندازه بزرگ را تشکیل دهد، که برای استفاده طولانی مدت از ورق استیل فریتی در محیط های با دمای بالا مفید نیست. ایکدا و همکاران دریافتند که افزودن عنصر Mo می تواند فازهای Laves کوچکتر را در ورق استیل فریتی رسوب دهد. ورق استیل فریتی 18Cr-2Mo-0.5Nb که آنها طراحی کردند، تعداد زیادی رسوب پراکنده ریز را در حدود 700 درجه سانتیگراد تشکیل می دهد. این رسوبات استحکام ورق استیل در دمای بالا را تا حد زیادی افزایش می دهند اما به تدریج در بالای 900 درجه سانتیگراد حل می شوند. مطالعه ون و همکارانش تکامل ریزساختار در دمای بالا و خواص مکانیکی ورق استیل Fe-Cr-Al اصلاح شده با MoNb را نشان داده اند. آلیاژ C35MN پایداری ساختاری عالی در دمای بالا را در دمای 800 درجه سانتیگراد و 1000 درجه سانتیگراد نشان می دهد. هنگامی که دما به افزایش خود ادامه می دهد، عملکرد آن در دمای بالا به دلیل درشت شدن دانه و حل شدن مقدار زیادی از فاز Laves در ماتریس فریتی به سرعت کاهش می یابد. 

اندازه دانه:

رشد دانه همچنین می‌تواند باعث شود که سطح شکست آلیاژ از شکست انعطاف‌پذیر به شکستگی ترد تبدیل شود. وانگ و همکاران اشاره کردند که با افزودن مس و انجام عملیات حرارتی مناسب، مقدار زیادی از نانو رسوبات غنی از مس می‌تواند در ورق استیل فریتی 409-0.8Cu برای بهبود خواص مکانیکی فولاد وجود داشته باشد. مطالعه ژانگ و همکاران نشان داد که Si می تواند رسوب فاز Laves غنی از Nb را در ورق استیل فریتی X10CrSi18 افزایش دهد. می تواند مکان های هسته زایی فاز لاوز را افزایش دهد و نقش کلیدی در پالایش فاز لاوز ایفا می کند. مطالعه بعدی نشان می دهد که وقتی دما به بالای 1000 درجه سانتیگراد افزایش یابد، اثر تقویتی عنصر Si به طور قابل توجهی کاهش می یابد و افزودن عنصر Si نیز اثرات منفی بر مقاومت اکسیداسیون در دمای بالای ورق استیل خواهد داشت. در سال های اخیر نیز محققان کارهایی را بر روی مقاومت اکسیداسیون ورق استیل فریتی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا انجام داده اند. به عنوان مثال، وی و همکاران عناصر W و Ce را برای تنظیم رفتار رسوب سطحی ورق استیل فریتی نوع 444 حاوی Mo و Nb اضافه کرد تا مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا را بهبود بخشد. با افزودن عناصر W، یک فاز Laves خاص را می توان بین لایه/ماتریس اکسید رسوب داد تا چسبندگی فیلم اکسید را بهبود بخشد. این امر ناگزیر به ما یادآوری می کند که افزودن عنصر W با نقطه ذوب بالا به ورق استیل فریتی نوع 444، همراه با Nb و Mo، برای تشکیل فازهای پیچیده Laves، ممکن است راهی موثر برای بهبود استحکام ورق استیل فریتی در دمای بالا باشد. با این حال، مکانیسمی که توسط آن فلز با نقطه ذوب بالا W استحکام ورق استیل فریتی در دمای بالا را افزایش می‌دهد، به ویژه اینکه چگونه عنصر W استحکام ورق استیل فریتی را در دمای بالا در محیط‌های سرویس بالاتر از 1000 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد و اینکه آیا از طریق آن عمل می‌کند. تقویت رسوب یا تقویت محلول جامد، که همگی به تحقیقات عمیق بیشتری نیاز دارند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی